طراحي الكترود آرايه اي مغزي با حداقل امپدانس الكترود-پوست

Designing of array electrodes with the lowest electrode-skin impedance

در سيستمهاي ثبت پتانسيل حياتي ميزان دسترسي الكترود به پوست سر رابطه ي مستقيم با كيفيت سيگنال هاي اخذ شده دارد. چراكه در الكتروهاي فعال بدليل عدم استفاده از الكتروليت، دي الكتريك بين الكترود و پوست نقش مهمي در ايجاد نويز بر روي سيگنال دريافتي خواهد داشت. از آنجا كه تغير شرايط ارتباط الكترود با پوست مخصوصا در ثبت سيگنال مغزي تاثير مستقيم در ظرفيت خازني بين الكترود و پوست دارد، تثبيت اين اندازه يكي از مهمترين راههاي كاهش نويز مي باشد. بنابراين در طراحي ساختار الكترودها سعي شده جهت رسيدن به حداقل امپدانس الكترود پوست اين مقدار تا حد امكان كنترل شود. ميزان رسانايي آلياژ صفحات الكترود و شكل هندسي آن جهت دستيابي مطلوب به پوست سر و ميزان پايداري روي پوست از عوامل تعيين كننده ي ميزان امپدانس الكترود-پوست ميباشد. در اين پروژه چهار مدل الكترود نيمه مرطوب و يك مدل الكترود خشك از جنس نقره معرفي شده است كه از اين بين از الكترود خشك هشت پين و الكترود نيمه مرطوب تك پين بهترين نتايج حاصل شده است. به منظور ارزيابي الكترودها، ثبت سيگنال مغزي از 9 نفر با محدوده ي سني متفاوت (از 6تا 50 سال) به صورت همزمان با الكترود مرطوب Ag/AgCl (جهت مقايسه نتايج) انجام شده است. بعد از ثبت سيگنال با استفاده از تبديل ويولت، سيگنال اصلي، نويز ناشي از EMG و آرتيفكت هاي حركتي از سيگنال خام استخراج شده و سپس با استفاده از روش Welch طيف توان باندهاي فركانسي مختلف از سيگنال EEG استخراج شده و نهايتا نسبت SMR/Theta و Theta/Beta محاسبه و با نسبت هاي استخراج شده از الكترود مرطوب مقايسه شده است. نتايج نشان ميدهد مقادير حاصل شده از الكترودهاي ساخته شده در اين پروژه بسيار نزديك به مقادير الكترودهاي مرطوب مرسوم ميباشد. البته در الكترود تك پين به دليل داشتن سطح مؤثر ناكافي، چنانچه بصورت چند پين طراحي شود نتايج بهتري در بر خواهد داشت.

In Biopotential signal recording systems, the amount of electrode access to the scalp has a direct relation to the quality of the signal. Because in active electrodes, due to the lack of electrolyte, the dielectric between the electrode and the skin plays an important role in generating noise on the signal. Since the connection conditions of the electrode with the skin, especially in the signaling of the brain, have a direct effect on the capacitance between the electrode and the skin, this stabilization is one of the most important ways of reducing noise. The conductivity of the electrode plates, the geometric shape, and the degree of stability on the skin are the determinant factors of the electrode-skin impedance. In this project four models of semi-dry electrode and a dry electrode model of silver have been introduced. In order to evaluate the electrodes, Electroencephalogram (EEG) signal of 9 subjects with age range (6 to 50 years old) were recorded. Wavelet transform used to extract EMG noise and motion artifacts from the raw signals. The Welch method was used to extract different frequency bands of the power spectrum from EEG signal. And finally the SMR/Theta and Theta/Beta ratios were calculated and compared with ratios derived from the wet electrodes. The eight-pin dry electrode and single pin semi-dry electrodes have the best performance in the brain signal recording. The single electrode pin has an inadequate cross-section and therefore can be designed as multi-pin to achieve better results.